5 过冷奥氏体转变动力学

第5章过冷奥氏体转变动力学本章重点与难点重点：“TTT”图和“CCT”图分析“TTT”图的类型影响“TTT”图的因素难点：影响“TTT”图的因素概述什么是过冷奥氏体?钢加热至临界点以上，保温一定时间，将形成高温稳定组织——奥氏体。奥氏体过冷至临界点以下，在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在临界点以下存在的且不稳定的、将要发生转变的奥氏体就是过冷奥氏体。冷却条件平衡冷却非平衡冷却1.连续冷却2.等温冷却温度时间加热保温125.1过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）过冷奥氏体等温转变图（简称等温转变图）综合反映了过冷奥氏体在不同过冷度下等温转变的过程：转变开始和转变终了的时间、转变产物和转变量与温度和时间的关系。因其形状呈“C”形，所以又称C曲线，亦称“TTT”图或“IT”图。TTT——Time,Temperature,TransformationIT——IsothermalTransformation一、过冷奥氏体等温转变图的建立测定方法金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等。测定依据利用过冷奥氏体转变产物的组织形态或物理性质发生变化测定的。1.金相法试样准备将共析钢加工成10×1.5mm圆片状试样，并分成若干组，每组5~10片。试验方法：奥氏体化：将一组试样加热至奥氏体化。等温处理：将奥氏体化后的试样置于一定温度的恒温槽中冷却，停留不同的时间。快速冷却：逐个取出试样，迅速淬入盐水中激冷，使尚未转变的奥氏体转变为马氏体。因此，马氏体量即未转变的奥氏体的量。而且，等温时间不同，转变产物量不同。金相组织的测定：将处理后的试样制成金相试样，在显微镜下测定出组织类型及其体积份数，同时测定转变产物的硬度。0.5110105103104102106时间(s)温度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfA010050转变量%300℃550℃2.膨胀法利用过冷奥氏体转变时发生的比容变化来测定转变曲线，每测一个温度的等温转变只需要一个试样。该方法适合于测定不同转变量所需要的时间。缺点：使用小试样测定转变百分数的准确性不高。3.磁性法奥氏体是顺磁性的，而其转变产物在居里点以下均为铁磁性的。磁性法是利用转变时所伴有的磁性变化以确定曲线的。注意：为提高测试精度，一般应根据条件采用两种或两种以上的方法。二、奥氏体等温转变图的分析0.5110105103104102106时间(s)温度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfAPB上B下A→PA→BA→M共析钢过冷奥氏体等温转变曲线0.5110105103104102106时间(s)温度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfA010050转变量%300℃550℃abca.珠光体(P)b.索氏体(S)c.屈氏体(T)珠光体型组织(a)光学显微照片(b)电子显微照片上贝氏体形态(a)光学显微照片(b)电子显微照片下贝氏体形态(a)板条状马氏体(b)针状马氏体马氏体形态三、影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素过冷奥氏体的等温转变曲线有多种多样，影响其位置和形状的因素较多，主要有以下几方面：1.含碳量2.合金元素3.奥氏体的形态1.含碳量的影响亚共析钢过冷奥氏体等温转变曲线亚共析钢过冷奥氏体C曲线上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减少，C曲线位置往左移，同时Ms、Mf线住上移。P+FBP+Fe3C过共析钢过冷A的C曲线的上部为过冷奥氏体中析出二次渗碳体(Fe3CII)开始线。当加热温度为Ac1以上30～50℃时，过共析钢随着含碳量的增加,C曲线位置向左移,同时Ms、Mf线往下移。过共析钢过冷奥氏体等温转变曲线随着奥氏体含碳量增加，过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移；当含碳量增加到共析成分，过冷奥氏体稳定性最高；随着含碳量进一步增加，奥氏体稳定降低，C曲线反而左移。含碳量越高，Ms点越低。含碳量对C曲线的影响为什么共析钢过冷奥氏体最稳定？非共析钢由于有先析相析出，使奥氏体转变为珠光体的形核部位增加，过冷奥氏体稳定性降低，珠光体转变的孕育期减小，C曲线左移。2.合金元素的影响溶入奥氏体中的元素除Co、Al外，所有合金元素都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，并使Ms点降低。碳化物形成元素Cr、Mo、V、W、Ti等既使C曲线右移，又使其形状发生改变。有些元素使珠光体转变温度提高，而贝氏体转变温度降低，是珠光体和贝氏体转变温度范围上下分离，形成两个“鼻子”，其间出现了一个过冷奥氏体温度区。Cr对0.5%C的钢过冷奥氏体等温转变曲线的影响1-2.2%Cr；2-4.2%Cr；3-8.2%Cr非碳化物或弱碳化物形成元素Ni、Mn、Si、Cu、B等，只是不同程度降低珠光体和贝氏体的转变速度，使过冷奥氏体等温转变曲线向右移动，但不改变其形状。3.奥氏体形态的影响奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒越细小，晶界总面积↑，有利于新相的形核和原子的扩散，因此有利于先共析转变和珠光体转变，使珠光体转变线左移；晶粒度对贝氏体转变的影响不大；晶粒粗大，使Ms点↑，加快马氏体转变。奥氏体的均匀程度：奥氏体成分越均匀，则奥氏体越稳定，新相形核和长大过程中所需要的时间就越长，C曲线就越往右移。奥氏体化温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒越粗大，成分越均匀，从而增加A的稳定性，使C曲线右移；反之，奥氏体化温度越低，保温时间越短，则A晶粒越细，未溶第二相越多，A越不稳定，使C曲线左移。此外，由于形变会细化奥氏体晶粒，或者增加亚结构，因此，奥氏体在高温或低温进行形变也会显著影响珠光体转变速度。一般来说，形变量越大，奥氏体向珠光体转变速度越快，珠光体转变线越向左移。四、过冷奥氏体等温转变动力学图的应用TTT图反映了钢在等温冷却条件下过冷奥氏体转变规律，被认为是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一。制定等温热处理工艺制定形变热处理工艺0.5110105103104102106时间(s)温度(℃)-1000100200500400300600700800硬度HRC11A138415766AMsMfA010050转变量%300℃550℃5.2过冷奥氏体连续转变冷却图（CCT图）见下图。过共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线亚共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线它与共析钢相比有较大的差别。曲线中出现了先共析铁素体区和贝氏体转变区，且Ms点右端降低，这是由于先共析铁素体的析出和贝氏体转变使周围奥氏体富碳所致。以共析钢为例，将连续冷却转变曲线与等温转变曲线叠绘在同一个坐标系中进行对比。012345601002003004005006007008009001000110012001300140015001600AOM+温度t/oCwC(%)BQPSKFDCEGNJBHLL+L+L+Fe3C+Fe3C+Fe3CPSK：A1GS：A3ES：Acm